NPN型晶体管

介绍

NPN晶体管是双极结晶体管(BJT)类型之一。NPN晶体管由两个n型半导体材料组成,它们由薄的P型半导体分开。这里大多数电荷载体是电子。从发射极到集电极的这些电子流动形成晶体管中的电流。通常,NPN晶体管是最使用的双极晶体管,因为电子的迁移率高于孔的迁移率。NPN晶体管具有三个端子 - 发射器,基座和收集器。NPN晶体管主要用于放大和切换信号。

1.NPN晶体管的符号和结构

上图显示了NPN晶体管的符号和结构。在这种结构中,我们可以观察到晶体管的三个端子,电路电流和电压值的表示。现在让我们来看看NPN晶体管的工作原理和解释。

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NPN型晶体管电路

上图显示了具有电源电压和电阻负载的NPN晶体管电路。在这里,集电极端子总是连接到正电压,发射极端子连接到负电源和基极端子控制晶体管的ON/OFF状态取决于施加给它的电压。

2. NPN晶体管电路

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NPN晶体管工作

NPN晶体管的工作非常复杂。在上述电路连接中,我们观察到,电源电压Vb通过负载Rb施加到基极端子。通过负载RL连接到电压Vcc的集电极端子。这里负载RB和RL都可以限制通过相应的终端的电流。这里,基本端子和集电极端子总是包含关于发射极端子的正电压。

如果基极电压等于发射极电压,则晶体管处于OFF状态。如果基极电压超过发射极电压增加,则晶体管变得更加开关化,直到它完全处于ON状态。如果在基端施加足够的正电压,即全on状态,则产生电子流,电流(IC)从发射极流向集电极。在这里,基端作为输入,集电极-发射极区域作为输出。

为了允许发射器和收集器之间的电流流动,收集电压必须是正的并且也大于晶体管的发射极电压。基础和发射器之间呈现的一定量的电压降,例如0.7V。因此,基极电压必须大于0.7V的电压下降,否则晶体管将无法操作。通过,给出了双极NPN晶体管的基极电流的等式

一世B.= (VB.- v) / RB.

在哪里,

一世B.=基极电流
V.B.=基极偏置电压
V.=输入基-发射极电压= 0.7V
R.B.=基本阻力

利用基尔霍夫电压定律(KVL)可以计算共发射极NPN晶体管的集电极输出电流。

给出收集电源电压的等式

V.CC.=我CR.L.+ Vce............(1)

从上面的方程,给出了公共发射器NPN晶体管的集电极电流

一世C= (VCC.- vce) / RL.

在共发射极NPN晶体管中,集电极电流和发射极电流的关系如下所示

一世C我=βB.

在有源区,NPN晶体管是一个很好的放大器。在共发射极NPN晶体管中,通过晶体管的总电流被定义为集电极电流与基极电流的比值IC/IB。这个比例也被称为“直流电流增益”,它没有任何单位。这个比值一般用β表示,β的最大值约为200。在共基极NPN晶体管中,总电流增益用集电极电流和发射极电流的比值表示。这个比值用α表示,这个值通常等于单位数。

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NPN晶体管中的α、β和γ关系

现在让我们看看两个比值参数α和β之间的关系。

共基电路的直流电流增益=输出电流/输入电流

在共基极NPN晶体管中,输出电流为集电极电流(IC),输入电流为发射极电流(IE)。

α= I.C/我E............( 2)

此电流增益(α)值非常接近单位,但小于单位。
我们知道发射极电流是小基电流和大集电极电流的总和。

一世E.=我C+我B.

一世B.=我E.——我C

从方程2,收集器

一世C我=αE.

一世B.=我E.-α我E.

一世B.=我E.(1 -α)

β =共发射极电路的直流电流增益=输出电流/输入电流

这里输出电流为集电极电流,输入电流为基极电流。

β=我C/我B.

β=我C/我E.(1 -α)

β=α/(1 -α)

从上面的方程,α和β之间的关系可以表示为

α=β(1-α)=β/(β+ 1)

β = α (1+β) = α/ (1-α)

对于高频工作的低功率晶体管,β值可能从20到1000不等。但通常β值可以在50-200之间。

现在我们来看看α, β和γ因子之间的关系。

在共集电极NPN晶体管中,电流增益定义为发射极电流IE与基极电流IB的比值,该电流增益用γ表示。

γ=我E./我B.

我们知道发射极电流

一世E.=我C+我B.

γ=(我C+我B.) /我B.

γ=(我C/我B.)+ 1

γ = β +1

因此,如下给出α,β和γ之间的关系

α=β/(β+ 1),β=α/(1-α),γ=β+1

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NPN晶体管示例

1.计算基极电流IB,使电流增益(β)值为100的双极NPN晶体管的电阻负载切换为4mA。

一世B.=我C/β= (4 * 103) / 100 = 40 ua

2.计算偏置电压为10V、输入基电阻为200kΩ的双极NPN晶体管的基电流。

我们知道基底电流IB的方程是,

一世B.= (VB.- v) / RB.

我们知道这些值,

V.= 0.7V,

V.B.= 10 v,

R.B.= 200Ω。

现在我们将这些值替换在上面的等式中,

我们得到,

一世B.= (VB.- v) / RB.=(10-0.7)/200kΩ= 46.5ua。

NPN晶体管的基准电流为46.5UA。

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常见的发射器配置

共发射极配置电路是三种BJT配置中的一种。这些共同发射极配置电路被用作电压放大器。一般而言,BJT晶体管有三个端子,但在电路连接中,我们需要将任何一个端子作为通用端子。因此,我们使用三个终端中的一个作为输入和输出操作的公共终端。在这种配置中,我们将发射极端作为公共端,因此称为共发射极配置。

这种配置被用作单级共发射极放大电路。在这种配置基座作为输入端,集电极作为输出端,发射极作为公共端。该电路的工作首先使基极端偏置,从而使基极-发射极结正向偏置。基极中的小电流控制着晶体管中的电流。这种配置总是在线性区域内工作,在输出侧放大信号。

这种共发射极放大器提供倒置输出,可以有非常高的增益。该增益值受温度和偏置电流的影响。由于共发射极放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗,因此与其他BJT配置相比,共发射极放大器电路是最常用的配置,而且这种配置放大器提供了高电压增益和功率增益。

这种配置的当前增益总是大于Unity,通常典型值约为50.这些配置放大器主要用于在需要低频率放大器和射频电路的应用中。公共发射极放大器配置的电路图如下所示。

3.单级共发射极放大电路

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NPN晶体管的输出特性

下面给出双极晶体管的输出特性曲线的族。曲线显示集电器电流(IC)与集电极 - 发射极电压(VCE)之间的关系,其具有不同的基电流(IB)。我们知道晶体管仅当在其基端相对于发射器处施加至少少量电流和少量电压时,否则晶体管处于“关闭”状态。

4.NPN双极晶体管的输出特性曲线

收集电流(IC)主要受到1.0V水平的收集电压(VCE)的影响,但该IC值不受该值的高度影响。我们已经知道发射极限是基础和收集器电流的总和。即IE = IC + IB。流过电阻载荷(RL)的电流等于晶体管的集电极电流。收集电流的等式由,

一世C= (VCC.- vce) / RL.

这条直线表示动负载线,它连接点A (Vce= 0)和B(其中IC= 0)。沿此负载线的区域表示晶体管的“有源区域”。

当集电极电压和基极电流给定时,采用共发射极结构特性曲线计算集电极电流。负载线(红线)用于确定图中的q点。负载线的斜率等于负载电阻的倒数。即1 / RL。

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NPN晶体管应用

  • NPN晶体管主要用于开关应用。
  • 用于放大电路应用。
  • 用于达林顿对电路以放大弱信号。
  • NPN晶体管用于需要吸收电流的应用。
  • 用于一些经典的放大器电路,如“推挽”放大器电路。
  • 在温度传感器中。
  • 甚高频应用。
  • 用于对数转换器。

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5的反应

  1. 这是最好的文章显示肖特基特性曲线和双极NPN晶体管输出特性曲线之间的关系。
    在我的82岁岁月,我受益于文章。谢谢。让您的服务也为我的年龄的人增长;
    亚伯拉罕·约瑟夫,理科硕士,哲学硕士。
    男性:退休的化学教授
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